敏度的位移测量。
上一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
3.3.1电感式传感器
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感量的 改变这一物理现象来实现测量的。根据转换原理不同，电感 式传感器可分为自感式和互感式两大类。人们习惯上讲的电 感式传感器通常是指自感式传感器。而互感式传感器由于它 是利用变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动变压 器传感器。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
采用差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对外界 影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以互相 抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。 所以，实用的电感传感器几乎全是差动的。
(2)电感传感器的测量电路 电感传感器可以通过交流电桥将线圈电感的变化转换成电压
式中，
——空气隙厚度; ——空气隙的有效截面积; ——真空磁导率，与空气的磁导率相近。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
因此电感线圈的电感量为：
此式表明，当被测量使 , 或 发生变化时，都会引起 电感L的变化，如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另 一个参数，电感量即为该参数的单一函数。由此，电感传感 器可分为变隙型、变面积型和螺管型三种类型，如图3-2所 示。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
差动变压器式传感器也有变气隙式和变面积式，但最多采用 的是螺管式。图3-6为螺管式差动变压器的结构示意图。
差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分 布电容等的影响)，它的等效电路如图3-7所示。图中u1为一 次线圈激励电压;M1、M2分别为一次线圈与两个二次线圈间 的互感；L1、R1分别为一次线圈的电感和有效电阻；L21、 L22分别为两个二次线圈的电感；R21、R22分别为两个二次 线圈的有效电阻。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
差动式电感传感器的结构如图3-3所示。两个完全相同的单
线圈电感传感器共用一个活动衔铁就构成了差动式电感传感
器。在变隙型差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏
离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形
成差动形式。在图3-3(a)中，假设衔铁向上移动 ，当满
上一页 下一页 返回
3.1 概述
②利用某些功能材料的效应，如压电传感器、金属应变片和 半导应变电阻，通过将小的位移变换成压力，使压电传感器 的晶体片表面荷电或应变电阻阻值变化等实现位移测量。
③将位移量转换成数字量。这样的方法所使用的传感器有: 光电式:光栅(直线、圆盘)和光电编码器(绝对式和增量式);
导通，
b 截止。在
支路中，C点电位由于Z1增大而
比平衡时的C点电位降低;而在
支路中，D点电
位由于Z2减少而比平衡时的D点电位增高，所以D点电位高 于C点电位，直流电压表正向偏转。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
如果输入交流电压为负半周，则A点电位为负，召点电位为
正，二极管
导通，
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
2.差动变压器式传感器 (1)差动变压器式传感器原理 差动变压器式传感器是互感式传感器。其工作原理是把被测
量的变化转换成线圈间的互感变化。传感器本身相当于一个 互感系数可变的变压器。当一次线圈接入激励电源后，二次 线圈就将产生感应电动势。当互感变化时，感应电动势也相 应变化。由于在使用时采用两个二次线圈反向串联，以差动 方式输出，故称为差动变压器式传感器，通常简称为差动变 压器。
上一页 下一页 返回
3.2 位移——数字式传感器
3.2.2光栅式位移传感器计算公式
设P为栅距，则当主动光栅移动一个栅距时，莫尔条纹移动
的距离B为
，因 较小，
，
则
，式中K为莫尔条纹的放大系数。
例如，
，
其
，表明莫尔条纹的放大倍数相当大。这样，就可
以把难以观察到的光栅位移清晰可见的移动，从而实现高灵
其输出电压如用交流电压表来测量时存在下述问题: ①总有残余电压输出，因而零点附近的小位移测量困难。 ②无法判断衔铁移动的方向。为此，常采用相敏检波电路和
差动整流电路来处理。
上一页 下一页 返回
2)变面积型电感传感器其结构示意图如图3-2(b)所示。 灵敏度为一常数。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
由于漏感等原因，变面积型电感传感器在A=0时，仍有一定 的电感，所以其线性区较小，而且灵敏度较低。
3)螺管型电感传感器螺管型电感传感器的结构如图3-2(c) 所示。线圈电感量的大小与衔铁插人线圈的深度有关。
位移测量在工程中应用很广。这不仅因为机械工程中经常要 求精确地测量零部件的位移、位置和尺寸，而且许多机械量 的测量往往可以先通过适当的转换变成为位移的测试，然后 再换算成相应的被测物理量。例如，在对力、扭矩、速度、 加速度、温度、流量等参数的测量中，常常采用这种方法。
下一页 返回
3.1 概述
位移测量包括长度、厚度、高度、距离、物位、镀层厚度、 表面粗糙度、角度等的测量。下面针对几种常用的位移传感 器及其测量电路作较详细的介绍。
1.自感式传感器 1)自感式传感器原理 由电工学磁路知识可知，线圈的自感量为:
下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
式中，N——线圈匝数；
Rm——磁路总磁阻(H-1)。
由于自感式电感传感器中铁芯和衔铁的磁阻比空气隙磁阻小
得多，因此铁芯和衔铁的磁阻可忽略不计，磁路总磁阻k、
近似为空气隙磁阻，即:
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次线圈互 感相同，因而由一次线圈激励引起的感应电动势相同。由于 两个二次线圈反向串接，所以差动输出电压U0为零。
当衔铁移向二次线圈L21一边，这时互感M1大，M2小，因而 二次线圈L21内感应电动势大于二次线圈L22内感应电动势， 这时输出电压U0不为零。在传感器的量程内，衔铁移动越大， 差动输出电压U0就越大。
3.1 概述
检测方式可以是非电或是非电转换成电，转换结果可以是模 拟量或是数字量。在检测原理上差别也是很大的，下面介绍 一些检测方法。
1)直接用非电检测。利用喷嘴一挡板，通过流量的变化测位 移;
2)将位移量转换成模拟电量: ①位移使传感器结构发生变化，使位移变换成电量，如:电位
器式传感器(位移使滑动触头移动)、电容传感器(变d、变S 型)、差动电感、差动变压器(位移使可动铁芯移动)、电涡 流传感器、霍尔传感器、强度调制型光电传感器等都能实现 位移测量。
足
时，则总的电感变化量为:
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
灵敏度为:
式中，L0——衔铁处于差动线圈中间位置时的初始电感量。 比较式(3-4)和式(3-7)可以看出，差动式电感传感器灵
敏度约为非差动式电感传感器的两倍。从图3-4也可以看 出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵 敏度较高。
位移是指物体或其某一部分的位置对参考点产生了偏移量。 位移方式可以是直线位移或角位移。位移的量值范围差异很 大(微米至毫米以下，或几十至几百mm;秒、分、度以下或 几度至几十度)。检测可以是接触式或非接触式，加之对检测 准确度、分辨率、使用条件等要求不同，因此会有多种多样 的检测方法。
上一页 下一页 返回
下一页 返回
3.2 位移——数字式传感器
对透射式，其线纹宽为a，线纹间空为b, a:b=(1:1) ~(1.1:0.9)，称a+b=P为光栅节距(或光栅常数)，它有 如图3-1(b)所示随测量位移(或长度)移动的滑尺(主光栅) 和不动的定尺(指示光栅)组成，在有如图所示的光源和透镜 组成光学系统照射下，因定、滑尺的线纹间有微小的夹角 ，当栅距较光波长大得多的情况下，由于线纹的遮挡作用产 生明暗相间的条纹一莫尔条纹，如图3-1 (b)所示，它分布 在大致垂直于线纹长度方向。
同样道理，当衔铁向二次线圈L22一边移动时，差动输出电 压U0也不为零，但由于移动方向改变，所以输出电压U0反 相。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
因此，差动变压器输出电压U0的大小和相位可以反应衔铁位 移量的大小和方向。输出电压的有效值为:
上式表明，当激励电压的幅值U1和角频率ω、一次线圈的 有效电阻R1及电感L1为定值时，差动变压器输出电压的幅 值U0与互感的变化量△M成正比。而且在衔铁上移或下移 量相等时，输出电压幅值相同，但相位相差180°。
磁电式的:磁栅(直线圆盘)和感应同步器(直线、圆盘)。
上一页 返回
3.2 位移——数字式传感器
这是将位移转换成电的数字量，检测直线和角位移的传感器， 它主要有光栅、码盘、磁栅和感应同步器。
3.2.1光栅式位移传感器工作原理
计量光栅有测量直线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅。 光栅是在透明的玻璃上均匀地刻画线条(透射式)，或在不透 明具有强反射能力的基体上均匀地刻画间距、宽度相等的条 纹(反射式)。
上一页 下一页 返回
3.3 常用位移传感器测量电路
1)变隙型电感传感器其结构示意图如图3-2(a)所示。灵敏 度为:
灵敏度S1与空气隙厚度 的平方成反比， 越小，灵敏度 越高。为了保证一定的线性度，变隙型电感传感器只能在 较小间隙范围内工作，因而只能用于微小位移的测量，一 般为0. 001~1 mm。
截止。在
支路中，C点电位由于Z2减少而比平衡时的C点电位降低;而
在
支路中，D点电位由于Z1增大而比平衡时
的D点电位增高，所以仍然是D点电位高于C点电位，直流电
压表正向偏转。
同样可以得出结论:当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输 出为负。